11penelitian simulasi proteksi motor

LAPORAN PENELITIAN
BOPTN
SIMULASI PROTEKSI MOTOR INDUKSI TIGA (3) FASA TERHADAP
GANGGUAN TEGANGAN LEBIH DAN TEGANGAN KURANG
MENGGUNAKAN MATLAB
Oleh :
Yuli Asmi Rahman, ST., M.Eng.
NIDN. 0002078104
Nurhani Amin, S.Pd, MT
NIDN. 0027087904
UNIVERSITAS TADULAKO
DESEMBER 2015
1
2
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Motor Induksi Tiga fasa merupakan salah satu motor yang banyak
digunakan di industri, akan tetapi Motor Induksi Tiga fasa sering mengalami
gangguan yaitu dari tegangan yang tidak normal baik itu tegangan kurang atau
tegangan lebih. Suplai tegangan yang kurang dapat menyebabkan kenaikan arus
motor pada beban yang sama, sehingga belitan motor akan mengalami panas
berlebih. Sementara tegangan yang berlebih dapat menyebabkan
kerusakan,
sehingga dapat terjadi tegangan tembus pada isolasi.Kondisi-kondisi gangguan
fasa seperti tegangan kurang, tegangan lebih ataupun terputusnya salah satu fasa
dapat menimbulkan permasalahan yang cukup serius terhadap peralatan atau
mesin-mesin terutama yang menggunakan sumber listrik 3 fasa. Berikut contoh
permasalahan pada mesin atau peralatan listrik di lingkungan industri yang
timbul akibat gangguan fasa:
1) Lifetime peralatan listrik atau mesin semakin menurun.
2) Seringnya terjadi kasus gulungan terbakar pada motor induksi 3 fasa dan
lain-lain.
Untuk mengatasi gangguan tersebut maka perlu dibuat proteksi tegangan
lebih atau tegangan kurang motor tiga fasa. Dari simulasi alat pengaman motor
induksi tiga fasa ini diharapkan motor dapat bebas dari gangguan tegangan.
Penggunaan motor listrik dengan sistem kontrol dan proteksi merupakan bagian
dari suatu persyaratan mutlak untuk mengopreasikan motor sebagai penggerak
utama. Penggunaan motor induksi tiga fasa, serta starting dan proteksi yang
dibuat dalam tugas
komponen
dan
akhir ini untuk pengenalan dasar mengenai komponen-
aplikasi
perangkat
elektronik
untuk
mengontrol
dan
mengamankan peralatan dengan daya besar, serta agar lebih mudah untuk
memahami peralatan elektromekanis dan rangkaian elektronik sebagai perangkat
pengendali motor konvensional yang dapat digunakan sebagai fungsi sistem
yang sama yaitu untuk starting dan proteksi motor induksi tiga fasa.
3
Permasalahan
yang
dihadapi
adalah
bagaimana
relay
proteksi
mengamankan motor induksi tiga fasa terhadap tegangan lebih dan tegangan
kurang. Tujuannya untuk mengetahui cara proteksi terhadap tegangan lebih dan
tegangan kurang pada motor induksi tiga fasa
4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Pengenalan Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah suatu sistem komputer yang dibuat dalam satu
chip, digunakan untuk mengontrol atau sebagai pengendali peralatan elektronik,
dilengkapi dengan memory serta unit masukan dan keluaran(unit I/O - serial dan
paralel) dengan program data yang bisa ditulis dan dihapus, jadi cara kerja
mikrokontroler
sebenarnya
adalah
membaca
dan
menulis
data.
Jenis
mikrokontroler sangat banyak, pada prinsipnya terdapat dua tipe, yaitu :
1. Tipe CISC atau Complex Instruction Set Computing yang lebih kaya instruksi
tetapi, fasilitas internal secukupnya.
2. Tipe RISC atau Reduced Instruction Set Computing yang justru lebih kaya
fasilitas internalnya tetapi, jumlah instruksi secukupnya.
Fasilitas internal yang dimaksudkan di sini antara lain : jumlah dan
macam register internal, pewaktu (timer) atau pencacah (counter), Konverter
Analog ke Digital (ADC) atau Konverter Digital ke Analog (DAC), unit
komparator, interupsi eksternal maupun internal, RAM untuk penyimpanan data
saat eksekusi program, ROM, EPROM, serial interface dan paralel interface,
interrupt controler dan lainnya (tergantung fitur yang melengkapi mikrokontroler
tersebut). Tidak seperti teknologi relay atau kontaktor, dimana relay
atau
kontaktor dibangun untuk mengendalikan sistem kendali yang tetap maka,
mikrokontroler bisa diubah untuk mengendalikan apapun tanpa harus banyak
merubah hardware. Cukup mengganti program data, maka mikrokontroler sudah
dapat mengendalikan sesuatu yang lain sama sekali.
Beberapa jenis mikrokontroler adalah :
1. Mikrokontroler keluaran ATMEL tipe CISC yang dapat dikatakan sebagai
mikrokontroler terlaris dan termurah saat ini. Chip mikrokontroler ini dapat
diprogram menggunakan port paralel atau serial. Selain itu, dapat beroperasi
5
hanya dengan 1 chip dan beberapa komponen dasar seperti kristal, resitor dan
kapasitor,
misalnya
tipe
ATMEL
8051
(terdapat
AT89C51/52/2051/4051,AT89S51/52/2051/4051),AVR(ATMega8535,
ATTiny2313) masuk dalam tipe RISC.
2. Mikrokontroler keluaran PIC tipe RISC buatan Microchip Technology.
Bersumber dari PIC1650 yang dibuat oleh Divisi Mikroelektronika General
Instruments. Saat ini PIC telah dilengkapi dengan EPROM dan komunikasi
serial, UART, kernel kontrol motor, dll, serta memori program dari 512 word
hingga 32 word. 1 Word disini sama dengan 1 instruki bahasa assembly yang
bervariasi dari 12 hingga 16 bit, tergantung dari tipe PICmicro tersebut.
Mikrokontroler ATmega32 adalah mikrokontroler 8-bit keluaran Atmel dari
keluarga
2.2.
Mikrokontroler
2.2.1. Pengertian
Mikrokontroler ATMega8535 merupakan mikrokontroler produksi
ATMEL dengan 8 KB In Sistem Programable Flash, 512 Byte EPROM
dan 512 byte internal SRAM. AVR ATMega8535 memiliki seluruh fitur
yang dimiliki AT90S8535. Selain itu, konfigurasi pin AVR ATMega8535
juga kompatibel dengan AT90S8535.
Pada diagram blok arsitektur ATMega8535 (Gambar 2.2) terdapat
sebuah inti prosesor yaitu Central Processing Unit dimana terjadi proses
penyimpanan instruksi dan komputasi data. Seluruh register umum
sebanyak 32 buah terhubung langsung dengan unit ALU (Arithmatic and
Logic Unit). Terdapat 4 port masing-masing 8 bit yang dapat difungsikan
sebagai masukan dan keluaran. Berikut ini gambar mikrokontroler
ATMega8535 (HeryantoAry, AdiWisnu, 2008).
6
Gambar 2.1 Mikrokontroller ATmega8535
Adapun spesifikasi penting dari ATMega8535 adalah sebagai berikut:
1. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan
maksimal 16 MHz
2. Kapabilitas memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte, dan
EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)
sebesar 512 byte.
3. ADC Internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
4. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5
Mbps.
5. Enam pilihan mode Sleep untuk menghemat penggunaan daya listrik.
Secara lebih lengkapnya ATMega8535 memiliki arsitektur seperti
pada gambar berikut (Atmel, 1997):
7
Gambar 2.2 Arsitektur Mikrocontroler ATMega8535
2.2.3. Konfigurasi Pin ATmega8535
ATmega8535 memiliki jumlah pin sebanyak 40 dengan catu daya
tunggal 5 volt DC, dimana masing – masing pin mempunyai kegunaan.
Konfigurasi pin dari jenis mikrocontroler tersebut adalah sebagai berikut :
Gambar 2.3 Konfigurasi Pin ATMega8535
8
Secara umum konfigurasi dan fungsi pin ATMega8535 dapat
dijelaskan sebagai berikut (HeryantoAry, AdiWisnu, 2008):
1.
Pin 10 VCC Input sumber tegangan (+).
2.
Pin 31 GND Ground (-).
3.
Pin 33 – pin 40 port A (PA7…PA0) berfungsi sebagai input analog
dari ADC (Analog to Digital Converter). Port ini juga berfungsi
sebagai port I/O dua arah, jika ADC tidak digunakan.
4.
Pin 1 – pin 8 port B (PB7…PB0) berfungsi sebagai port I/O dua
arah. Port PB5, PB6 dan PB7 juga berfungsi sebagai MOSI, MISO
dan SCK yang dipergunakan pada proses downloading. Fungsi lain
dari port ini selengkapnya bisah dibaca pada buku petunjuk “AVR
ATMega8535”.
5.
Pin 22 – pin 29 port C (PC7…PC0) berfungsi sebagai port I/O dua
arah. Fungsi lain port ini selengkapnya bisah dibaca pada buku
petunjuk “AVR ATMega8535”.
6.
Pin 14 – pin 21 port D (PD7…PD0) berfungsi sebagai port I/O dua
arah. Port PD0 dan PD1 juga berfungsi sebagai RXD dan TXD,
yang dipergunakan untuk komunikasi serial. Fungsi lain port ini
selengkapnya
bisah
dibaca
pada
buku
petunjuk
“AVR
ATMega8535”.
7.
Pin 9 input reperangkat.
8.
Pin 13 XTAL1 input ke amplifier inverting osilator dan input ke
sirkuit clock internal.
9.
Pin 12 XTAL2 Output dari amplifier inverting osilator.
10.
Pin 30 AVCC input tegangan untuk port A dan ADC.
11.
Pin 32 AREF tegangan referensi untuk ADC.
9
Gambar
2.4 Memori Data AVR ATMega8535
2.3. Motor Induksi
Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (ac) yang paling
luas digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja
berdasarkan induksi medan magnet stator ke rotornya, dimana arus rotor motor
ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi
sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan
putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.
2.3.1. Prinsip kerja Motor 3 Phasa
Bila sumber tegangan tiga phasa dipasang pada kumparan stator, maka
pada kumparan stator akan timbul medan putar dengan kecepatan, ns = 120f/P ,
ns = kecepatan sinkron, f = frekuensi sumber, p = jumlah kutup. Medan putar
stator akan memotong konduktor yang terdapat pada sisi rotor, akibatnya pada
kumparan rotor akan timbul tegangan induksi ( ggl ) sebesa E2s = 44,4fnØ .
Keterangan : E = tegangan induksi ggl, f = frekuensi, N = banyak lilitan, Q =
fluks. Karena kumparan rotor merupakan kumparan rangkaian tertutup, maka
tegangan induksi akan menghasilkan arus ( I ). Adanya arus dalam medan
magnet akan menimbulkan gaya ( F ) pada rotor. Bila torsi awal yang dihasilkan
oleh gaya F pada rotor cukup besar untuk memikul torsi beban, maka rotor akan
10
berputar searah dengan arah medan putar stator. Untuk membangkitkan
tegangan induksi E2s agar tetap ada, maka diperlukan adanya perbedaan relatif
antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan putar rotor (nr).
Perbedaan antara kecepatan nr dengan ns disebut dengan slip ( S ) yang
dinyatakan dengan Persamaan S = ns-nr/ns (100%). Jika ns = nr tegangan akan
terinduksi dan arus tidak mengalir pada rotor, dengan demikian tidak ada torsi
yang dapat dihasilkan. Torsi suatu motor akan timbul apabila ns > nr. Dilihat dari
cara kerjanya motor tiga phasa disebut juga dengan motor tak serempak atau
asinkron.
Untuk menjalankan motor telah dikenal berbagai cara yaitu seperti motor
Star (Y-Δ).
Start (Y-Δ) ialah sirkuit yang dipakai buat mengoperasikan motor tiga
phase yang memiliki cukup daya besar. Untuk menggerakkan motor tersebut
memang diperlukan daya awal yg besar, serta dengan jenis rangkaian ini dimana
rangkaian star dipakai hingga semuanya menjadi stabil akan rangkaiannya
dirubah jadi delta.
Rangkaian Star Delta banyak komponen konektor dan timer. Timer
tersebut dipakai untuk mengatur waktu berubahnya rangkaian dari star menjadi
rangkaian delta, yaitu diantara lima hingga sepuluh detik. Kemudian ada yang
namanya Termal Over-Load Relay atau disingkat TOR. Guna dari TOR adalah
untuk memotong rangkaian hingga motor menjadi berhenti jika terjadi kelebihan
beban.
Star Delta juga memiliki fungsi lainnya yaitu mengurangi jumlah arus
start disaat motor untuk pertama kalinya dihidupkan. Karena fungsi inilah, star
delta paling banyak digunakan pada system starting di motor-motor listrik.
Pemakaian rangkaian ini akan mengurangi lonjakan arus-listrik pada saat motor
di starter. Prinsip kerjanya adalah dengan membuat star awal menjadi tidak
dikenakan tegangan secara penuh, yaitu dengan cara dihubungkan dengan star.
Kemudian saat motor telah berputar serta arus menjadi menurun, fungsi timer
11
pun berjalan yang akan memindakan dengan otomatis rangkaian menjadi delta.
Dengan berubahnya menjadi delta, maka arus yang melalui motor akan menjadi
penuh.
2.3.2. Proteksi Motor
Proteksi motor adalah sebuah sistem untuk melindungi motor jika
tejadi gangguan dari penyulang dan dari alat yang digerakkan. Faktor –
faktor yang menyebabkan gangguan pada motor listrik antara lain :
a. Berasal dari alat yang digerakkan
b. Dari jaringan suplai
c. Dari keadaan sekeliling
Suplai tegangan yang kurang/rendah dapat menyebabkan kenaikan
arus pada beban yang sama, sehingga belitan motor akan mengalami
pemanasan lebih. Sementara tegangan yang lebih dapat menyebabkan
umur isolasi menurun, bahkan tembusanya kekuatan isolasi. Tegangan
kurang disebabkan oleh:
a. Gangguan pada jaringan.
b. Kesalahan operasi pada tap-changer transformator
c. Hubung pendek
Proteksi tegangan lebih akan memberikan order trip pada motormotor. Prinsip kerja dari proteksi tegangan lebih dan kurang adalah
proteksi akan bekerja jika salah satu tegangan lebih besar dan kecil dari
Vset yaitu 242 dan 198.
2.4. Komponen Pendukung Mikrokontroler
2.4.1. Relay
Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang
digerakan oleh arus listrik. Relay yang merupakan aplikasi dari
elektromagnetik ini tersusun dari sebuah kumparan kawat beserta sebuah
12
inti besi lunak. Dua komponen utama relay ini dilengkapi dengan kontak
– kontak.
Pada waktu arus kontrol kecil melewati kumparan, inti besi lunak
akan di magnetisasi. Besar induksi magnet ini akan ditentukan oleh bahan
zat yang dilalui oleh garis – garis medan magnet. Medan magnet yang
ditimbulkan oleh arus listrik, besarnya juga dipengaruhi oleh kuat
lemahnya arus yang dilalui arus listrik itu sendiri.
Setelah inti besi lunak termagnetisasi, maka inti besi ini akan
menarik armature sehingga kontak-kontak dapat terhubung. Dengan
memanfaatkan gerakan armature ini banyak relay yang diproduksi
dengan berbagai variasi kontak – kontak. Biasanya kontak akan
berhubung pada saat relay bekerja sering disebut normally open (NO),
sedangkan kontak yang membuka saat relay bekerja disebut normally
close (NC).
Saat arus listrik tidak mengalir dalam kumparan maka inti besi
lunak tidak bersifat magnet lagi sehingga armatur terlepas diikuti juga
lepas atau terhubungnya kontak – kontak seperti keadaan semula. Berikut
ini adalah simbol yang sering digunakan untuk mengambarkan sebuah
relay dan kontruksi sebuah relay.
Gambar 2.7 Relay (a) Konstruksi (b) Simbol
13
Relay tegangan lebih adalah relay yang bekerja untuk mendeteksi
keadaan tegangan lebih. Apabila tegangan yang dikenakan kepada relay
lebih besar dari nilai nominalnya (settingnya) dan berlangsung dalam
waktu yang melampaui batas waktu tertentu (lebih besar dari setting
waktunya), maka relay tegangan lebih akan beroperasi atau bekerja.
Demikian juga halnya dengan relay tegangan kurang, yaitu bahwa relay
akan beroperasi apabila tegangan yang dikenakkan kepadanya kurang
dari nilai tertentu (sesuai settingnya) dan berlangsung melampaui batas
waktu tertentu (setting waktunya) maka relay tegangan kurang akan
beroperasi.
2.4.2. Kapasitor
Kapasitor
adalah
komponen
elektronika
yang
berfungsi
menstabilkan tegangan yang masuk serta menyimpan tegangan untuk
sementara waktu, kapasitor ini terdiri dari dua buah lempengan elektroda
yang di pisahkan oleh bahan tertentu, bahan yang di gunakan menentukan
jeni kapasitor tersebut berikut ini jenis – jenis kapasitor :
a.
Electric double capacitor (super capacitor)
Jenis kapasitor ini bahan dielektriknya sama dengan kapasitor
elektrolit. Tetapi bedanya adalah ukuran kapasitornya lebih besar
dibandingkan kapasitor elektrolit. Biasanya mempunyai satuan F.
Gambar bentuk fisiknya dapat dilihat di samping, pada gambar tersebut
kapasitornya memiliki ukuran 0.47F. Kapasitor ini biasanya digunakan
untuk rangkaian power supply.
Gambar 2.8 kapasitor electric double
14
2.4.3. Kontaktor
Kontaktor adalah jenis saklar yang bekerja secara magnetik yaitu
kontak bekerja apabila kumparan diberi energi listrik. The National
Manufacture Assosiation (NEMA) mendefinisikan kontaktor magnetis
sebagai alat yang digerakkan secara magnetis untuk menyambung dan
membuka rangkaian daya listrik. Tidak seperti relay, kontaktor dirancang
untuk menyambung dan membuka rangkaian daya listrik tanpa merusak.
Prinsip kerja kontaktor sebagai berikut. Sebuah kontaktor terdiri
dari koil, beberapa kontak normally open (NO) dan beberapa kontak
normally close (NC). Pada saat satu kontaktor normal, NO akan
membuka dan pada saat kontaktor bekerja, NO akan menutup. Sedangkan
kontaktor NC sebaliknya yaitu ketika dalam keadaan normal kontak NC
akan menutup dan dalam keadaan bekerja kontak NC akan membuka.
Koil adalah lilitan yang apabila diberi tegangan akan terjadi magnetisasi
dan menarik kontak-kontaknya sehingga terjadi perubahan atau bekerja.
Kontaktor yang dioperasikan secara elektromagnetis adalah salah satu
mekanisme yang paling bermanfaat yang perna dirancang untuk
penutupan dan pembukaan rangkaian listrik.
Koil atau kontaktor terdiri dari 2 kontak yaitu kantak bantu dan
kontak utama, kontak bantu : kontak/saklar/swicth yang digunakan untuk
pengontrol (arus kecil) dengan kode angka :13-14, 21-22, 43-44, 31-32.
Sedangkan kontak utama : kontak yang mampu dialiri arus secara
maksimal (arus besar) dengan kode angka :1-2, 3-4, 5-6.
Fungsi dari kontak-kontak dibuat untuk kontak utama dan kontak
bantu. Kontak utama terdiri dari kontak NO dan kontak bantu terdiri dari
kontak NO dan NC. Kontak utama digunakan untuk mengalirkan arus
utama, yaitu arus yang diperlukan untuk pesawat pemakai listrik
misalnya motor listrik, pesawat pemanas dan sebagainya. Sedangkan
kontak bantu digunakan untuk mengalirkan arus bantu yaitu arus yang
15
diperlukan untuk kumparan magnet, alat bantu rangkaian, lampu-lampu
indikator, dan lain-lain.
2.4.4. Transformator
Transformator atau sering juga disebut trafo adalah komponen
elektronika
pasif
yang
berfungsi
untuk
mengubah
(menaikkan/menurunkan) tegangan listrik bolak-balik (AC).
Bentuk dasar transformator adalah sepasang ujung pada bagian
primer dan sepasang ujung pada bagian sekunder. Bagian primer dan
sekunder adalah merupakan lilitan kawat email yang tidak berhubungan
secara elektris. Kedua lilitan kawat ini dililitkan pada sebuah inti yang
dinamakan inti trafo. Untuk trafo yang digunakan pada tegangan AC
frekuensi rendah biasanya inti trafo terbuat dari lempengan besi yang
disusun menjadi satu membentuk teras besi. Sedangkan untuk trafo
frekuensi tinggi (digunakan pada rangkaian radio Frekuensy/RF)
menggunakan inti ferit (serbuk besi yang dipadatkan).
Sementara itu trafo penaik tegangan (Trafo Step Up) adalah
kebalikan dari trafo step down yaitu untuk menaikkan tegangan listrik
AC. Sebuah trafo penurun tegangan biasa juga kita gunakan untuk
menaikkan tegangan dengan membalik bagian primernya menjadi
sekunder
dan
bagian
sekunder
menjadi
primer,
tentu
dengan
memperhatikan tegangan kerja trafo tersebut. Contoh penggunaan trafo
penaik tegangan adalah pada rangkaian emergency light/lampu darurat
yang menyala saat PLN padam dan UPS pada PC, prinsip kerjanya
adalah tegangan DC (searah) yang berasal dari battery diubah menjadi
tegangan AC (bolak-balik) lalu dinaikkan menjadi 220 volt oleh trafo
sehingga mampu menyalakan lampu atau PC di saat PLN padam.
16
BAB 3. METODE PENELITIAN
Pada pembuatan tugas akhir ini terdapat langkah-langkah kerja yang dilakukan
agar hasilnya dapat tercapai. Adapun langkah-langkah tersebut adalah sebaggai berikut :
3.1.
Teknik Pengumpulan Data
3.1.1. Pengukuran
Dalam hal ini penulis melakukan pengukuran dengan menggunakan alat
ukur agar mendapatkan hasil pengukuran yang baik dalam pengambilan data.
3.1.2. Studi Literatur
Studi literatur dilakukan dengan mencari referensi tentang landasan
teori yang berkaitan dengan Tugas Akhir ini, baik dari perpustakaan
maupun internet.
3.1.3. Simulasi dengan Matlab
Simulasi dilakukan setelah mendapatkan referensi yang cukup
tentang peralatan proteksi. Langkah-langkah yang di lakukan :
a. Perancangan
rangkaian
elektronika
berdasarkan
teori
dan
spesifikasinya.
b. Perakitan masing-masing blok rangkaian pada papan PCB untuk
mempermudah penyambungan dan pengujian.
c. Pengecekan ulang pada rangkaian yang telah selesai dibuat.
d. Sebelum dilakukan pengujian rangkaian, harus dipastikan bahwa
pengintegrasian antara hardware dan software sudah benar serta
memastikan juga bahwa komponen yang digunakan sudah melalui
pengujian dengan alat ukur untuk memastikan komponen tersebut
tidak rusak.
17
3.1.4. Pengambilan Data
Setelah pengujian dilakukan dan rangkaian proteksi motor induksi
3 fasa terhadap gangguan tegangan lebih dan tegangan kurang berbasis
mocrokontroler ATMega8535 bekerja sesuai dengan yang diinginkan,
maka dilakukan pengambilan data menggunakan voltmeter.
3.2.
Perancangan Sistem
Pada perancangan alat ini akan dijelaskan mengenai komponen yang
digunakan dalam membuat modul sistem proteksi tegangan lebih dan tegangan
kurang. Untuk mempermudah memahami prinsip kerja dari pembuatan modul
proteksi tegangan lebih dan tegangan kurang
pada motor induksi tiga fasa
berbasis mikrokontroler.
Dari sumber tegangan 3 fasa arus masuk ke rangkaian sensor tegangan,
fungsi dari rangkaian sensor tegangan adalah untuk menurunkan tegangan dan
merubah tegangan output ac menjadi dc lalu masuk ke mikrokontroler, fungsi
dari rangkaian mikrokontroler tersebut adalah untuk memproses menjalankan
motor dan sebagai proteksi motor, jika terjadi gangguan maka relay bekerja
menghentikan motor, yang akan di tampilkan di LCD gangguan yang sedang
terjadi. Dan sebaliknya jika digunakan untuk menjalankan motor maka tombol di
tekan yang ada di rangkaian push button, kemudian relay bekeja menjalankan
motor.
3.3.
Cara Kerja Rangkaian
Sistem kerja sistem proteksi tegangan lebih dan tegangan kurang pada
motor induksi tiga fasa ini bekerja berdasarkan pembacaan tegangan fasa yang
terbaca oleh sensor tegangan yaitu sebuah transformator yang dihubungkan
dari fasa ke netral, dengan rasio transformator yang tetap maka setiap tegangan
yang melewati lilitan primer transformator akan terasa juga di lilitan sekunder
transformator. Tegangan output dari lilitan sekunder transformator ini kemudian
disearahkan oleh rangkaian dioda bridge yang selanjutnya menjadi input ADC
18
pada mikrocontroler. Di dalam mikrokontoler di setting parameter–parameter
tegangan yang diijinkan untuk menggerakkan motor induksi yaitu 198 volt 90%
sampai dengan 242 volt 105% dari tegangan normal 220 volt, jika tegangan tidak
memenuhi
setting
yang telah di tentukan maka mikrocontroler akan
memerintahkan rangkaian relay driver untuk memutuskan aliran tegangan dari
sumber ke motor induksi.
19
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil
4.1.1. Perancangan Perangkat Keras
a. Rangkaian Sensor
Rangkaian sensor digunakan untuk mendapatkan tegangan antara fasa
dan dapat membaca tegangan masing-masing fasa seperti tegangan
R,S,T.
b. Rangkaian Mikrocontroler Sistem Minimum
Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat pengelolaan data dan sebagai
dasar dari pengolahan data yang akan di gunakan untuk rangkaian
sensor tegangan.
c. Rangkaian Relay Driver
Relay driver sebagai pengolah output, sebagai pengolah keluaran dari
mikrocontroller, dimana keluaran tersebut adalah hasil dari masukan
yang berasal dari sensor tegangan dan push button.
d. Rangkaian Kontaktor
Rangkaian ini berfungsi untuk menjalankan motor hubung Y ke ∆
4.1.2. Perancangan Perangkat Lunak
a. Kode Program Pembacaan Tegangan (sensor tegangan)
b. Kode Program Pengontrolan Tegangan Lebih & tegangan Kurang
c. Kode Program Tampilan LCD
d. Kode Program Untuk Star Motor
e. Kode Program Untuk Stop Motor
4.2. Pembahasan
4.2.1. Pengujian Karakteristik
Setelah seluruh rangkaian Proteksi selesai dibuat, maka dilakukan
prosedur pengujian dengan tujuan mengetahui karakteristik dari proteksi
20
tegangan. Parameter yang diukur adalah waktu yang diperlukan oleh proteksi
untuk bekerja apabila terjadi tegangan lebih atau tegangan kurang.
Tabel. 4.1. Simulasi percobaan waktu proteksi bekerja
Percobaan
Tegangan (Volt)
Lebih
Kurang
1
242
-
2
243
-
3
244
-
4
-
198
5
-
197
6
-
196
4.2.2. Delay Relay Driver ke Kontaktor
Simulasi ini untuk mengetahui berapa waktu yang diperlukan untuk start
Y ke start ∆. Dan interval waktu yang berikan pada relay driver berkisar 00.77
detik.
Tabel 4.2. Percobaan waktu perpindahan dari Y - ∆
Percobaan
Tegangan (Volt)
Waktu Perpindahan Dari
Y - ∆ (Detik)
1
220
00.83
2
220
00.79
3
220
00.77
4
220
00.72
5
220
00.74
Rata-rata
220
00.77
21
4.2.3. Pengukuran
Setelah perencanaan dan pembuatan sistem maka langkah selanjutnya
yaitu melakukan pengukuran. Pengukuran dilakukan agar dapat mengetahui
apakah semua sistem sudah sesuai atau belum dengan spesifikasi alat yang akan
dibuat. Alat yang digunakan dalam pengukuran adalah menggunakan voltmeter.
Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan pada rangkaian.
Rangkaian yang akan diukur tegangannya adalah power supply,
4.2.3.1. Pengujian Proteksi Motor
Pengujian proteksi motor ini bertujuan untuk mengetahui apakah
sistem bekerja sesuai dengan setting tegangan kerja yang telah di program
kedalam mikrokontroler nilai setting tegangan adalah 1:100 volt. Pengujian
dilakukan dengan menggunakan trafo step down untuk menurunkan
tegangan. Tegangan disetting pada rating 198 Volt untuk tegangan terendah
dan 242 Volt untuk tegangan tertinggi.
Setelah dilakukan percobaan dengan cara mengatur ratting trafo step
down, rangkaian dapat berfungsi dengan normal pada tegangan 220 volt.
Sedangkan tegangan 198 Volt rangkaian ini memerintahkan relay driver
untuk memutuskan arus listrik pada kontaktor, hal ini dikarenakan nilai
tegangan telah melewati batas setting dan mengakibatkan terputusnya
tegangan supply motor induksi. Begitupun apabila tegangan dinaikan
menjadi 242 Volt. Berikut tebel 4.3 pengujian proteksi motor.
Tabel 4.3. simulasi Proteksi Motor
Tegangan Line to Netral (V)
Proteksi
Keterangan
%
198
On
Proteksi Bekerja
-10%
212
205
Off
Proteksi tidak Bekerja
-5%
220
216
211
Off
Proteksi tidak Bekerja
0%
242
222
217
On
Proteksi Bekerja
+5%
R
S
T
217
203
218
22
Dari tabel 4.3. simulasi proteksi motor di atas proteksi tegangan lebih dan
tegangan kurang motor 3 fasa bekerja pada tegangan kurang dari 198 volt
dan tegangan lebih dari 242 volt.
4.2.3.2. Pengujian Salah Satu Fasa
Pengujian salah satu fasa bila terjadi tegangan lebih dari 242 volt pada
salah satu fasa dan fasa yang lain dalam keadaan normal 220 volt maka
proteksi akan bekerja begitu pula sebaliknya bila terjadi tegangan kurang
dari 198 volt maka proteksi akan bekerja.
Tabel 4.4. Simulasi Pengujian tegangan lebih dan tegangan kurang pada
salah satu fasa saat tegangan fasa yang lain normal
Tegangan Line To Netral (V)
Proteksi
Keterangan
221
On
Proteksi Bekerja
217
219
On
Proteksi Bekerja
232
221
242
On
Proteksi Bekerja
219
207
198
On
Proteksi Bekerja
R
S
T
242
226
198
23
BAB 5. PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil simulasi dan analisa rangkaian proteksi Tegangan Lebih
dan Tegangan Kurang pada motor induksi tiga fasa maka dapat diambil kesimpulan
:
1.
Proteksi Tegangan Lebih dan Tegangan Kurang pada Motor Induksi 3 Fasa
Berbasis Mikrokontroler ATMega8535, proteksi dapat bekerja apabila tegangan
kurang dari 198 Volt dan begitu pula sebaliknya bila terjadi tegangan lebih dari
242 volt maka proteksi akan bekerja.
2.
Proteksi Tegangan Lebih dan Tegangan Kurang pada Motor Induksi 3 Fasa
Berbasis Mikrokontroler ATMega8535, bila terjadi tegangan lebih dari 242
Volt pada salah satu fasa dan fasa yang lain dalam keadaan normal 220 volt
maka proteksi akan bekerja, begitu pula sebaliknya bila terjadi tegangan kurang
dari 198 volt pada salah satu fasa maka proteksi akan bekerja.
5.2. Saran
Kami mengharapkan peneliti selanjutnya dapat mengembangkan simulasi menjadi
lebih baik lagi, dalam segi tampilan, fungsi dan tingkat ketepatannya serta penulisan
dari penelitian ini.
24
DAFTAR PUSTAKA
ATMEL
Corporation. 2001. Getting Started With the CodeVisionAVR C Compiler,
(Online).(www.hpinfotech.ro/getstart.pdf. diakses 25 juni 2015).
ATMEL
Cotporation. 2006. ATMega8535 Prealiminary Complate, (Online).
(http://atmel.com/dyn/resources/prod dokuments/doc2502.pdf, diakses 05
juni 2015
Atmel. 1997.AT89 Series Hardware Deskrituon, Atmel Inc, (Online).
(http://www.atmel.com, diakses 30 juni 2015), USA.
Anynomouse,http://core-elektronics.com.au/low/stroke/index.php/low-profile-crystaloscilator-16-hz-html di akses pada tanggal 5 januari 2015 jam 17.00 WIB
Bisho.Owen, 2002, Dasar-dasar Elektronika. Erlangga. Jakarta.
Data Sheet LCD-Module-Cob-16x4-GVLCM1604B-12428.
Heryanto Ary, Ady Wisnu. 2008. (.Program Bahasa C Untuk Mikrokontroler
ATMega8535.ANDI,.(CodeVisionAVR Compiler, 2001). Yogyakarta
Zuhal, 1988, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Gramedia Pustaka
Utama. Jakarta.
25